JPS6346787A - 圧電素子の変位特性安定化方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、圧電素子の変位を変更する際にその変位を所
定値に早期に安定させ得る方法および装置に関する。

Ｂ、従来の技術 圧電素子に直流電圧を印加した場合の電圧−変位特性曲
線を第５図に示す。

第５図は横軸に圧電素子に対する直流印加電圧、縦軸に
圧電素子の変位をとったもので、同図から明らかなよう
に、圧電素子の電圧−変位特性は、所定のヒステリシス
曲線Ｐを描く。

今、直流印加電圧をある値からＶＯに変更して保持１−
だ場合、ヒステリシス曲ｍ　Ｐ　ｆ〕の点であるａ点の
変位Ｍａは、矢印ａ゛方向、またｂ点における変位文す
は、矢印ｂ゛方向それぞれシフトして行き、一定時間（
以下、過渡期間という）経過後に変位交０に安定する。

第６図は、直流印加゛（゛電圧をある値に保持した場合
における変位の過渡特性曲線図であり、電圧ＶＯ印印加
後後変位１ａ、ｉｂがａ点とｂ点とのほぼ中間点である
ｌｏに安定するのに数十秒以十の時間ｔ１がかかること
を示している。

Ｃ８発明が解決しようとしている問題点と記のように圧
電素子に直流′を圧を印加した場合、変位特性が安定領
域に移るまでの過渡期間が長く、そのため直流印加電圧
を変化させる際に、その変化に追従して短時間に、かつ
安定した変位ヰ）性を得るためには、複雑なフィードバ
ック制御やそのための装置が必要となるという問題点が
あった。

本発明は、複雑なフィードバック制御やそのための装置
を必要とすることなく、圧電素子の変位を早期に安定さ
せ得る圧電素子の変位特性安定化方法およびその装置を
提供することを目的とする。

Ｄ１問題点を解決するための手段 この発明に係る圧″１１ｆ素子の変位特性安定化方法は
、圧電素子に変位を与える際、あるいはその変位を変更
する際に、直流電圧に交流減衰電圧を重畳して圧電素子
に供給するようにしたものである。

また、かかる方法を実施するための装置は、直流印加電
圧の変化時に所定期間で減衰する交流減衰電圧を発生す
る交流減衰電圧源と、この交流減衰電圧源からの交流減
衰電圧と直流印加電圧とを重ね合せて圧電素子に出力す
る加算器とを具備して構成される。

Ｅ９作用 直流電圧を変化させる際に、交流減衰電圧源から発生し
た所定の交流減衰電圧を加算器により直流印加電圧に重
畳させ、その出力電圧を圧電素子に加えることにより、
過渡期間中の変位の変動が短時間に収れんし、変位特性
が早期に安定領域に移行する。

Ｆ、実施例 以下、本発明の一実施例を図について説明する。

この発明の圧Ｔｆ、素子の変位特性安定化方法は、圧電
素子に直流電圧を印加する際に、あるいは直流電圧値を
変更する際に、その直流電圧に交流減衰電圧を重畳させ
て圧電素子に印加するものであるが、かかる交流減衰電
圧をＶＡとすると、交流減衰電圧ＶＡは次式によって表
わされる。

ＶＡ−ΔＶ　Ａ　ｅ　−Ｃｊｓｉｎ２　πｆ　’ｔただ
し、Ｃ：定数、ｆ：周波数、Ｌ工時間である。

上記の交流減衰電圧ＶＡの電圧波形図を７５２図に示す
。

ところで、圧電素子のヒステリシス特性を補償するため
に、第２図における交流減衰′市川ＶＡの初期振幅ΔＶ
Ａは、第５図のヒステリシス曲線Ｐによる最大の電圧変
化幅ΔＶよりも大きくする必凹がある。

また、交流減衰電圧ＶＡの周波数ｆは圧電素子の応答周
波数以下であれば任意に決定してもよい。

次に、上記安定化方法を実施するための装置の一例を第
１図に示す。

図において、１は圧電素子、２は、この圧電素子１に所
定の直流電圧Ｖｄを印加するための直流電圧源である。

３はその直流電圧Ｖｄの所定以」−の変化を検出する検
出器、４は電圧変化検出器３により直流１［圧Ｖｄの変
化が検出されたときにトリガされて所定期間で減衰する
交流減衰電圧ＶＡを発生させる交流減衰電圧源、５は上
記直流電圧源２からの直流電圧Ｖｄと上記交流減衰電圧
源４からの交流減衰電圧ＶＡとを重畳して圧電素子１に
供給する加算器である。

なお、電圧変化検出器３に代え、直流電圧値を変えると
きに手動で交流減衰電圧源４をオンしたり、交流減衰電
圧源４と加算器５との間にスイッチを設は直流電圧源２
をオンするときにそのスイフチをオンするようにしても
よい。

ｈ記構成において、圧電素子ｌの変位を変えるため直流
印加電圧Ｖｄを変化させると、検出器３はその変化を検
出して交流減衰電圧源４をトリガする。その結果、交流
減衰電圧ＶＡが加算器５に向けて出力され、加算器５に
て直流電圧Ｖｄと交流減衰電圧ＶＡとが重畳される。そ
して、加算器５からの出力印加電圧を圧電素子１に印加
すると、第３図に示すような変位特性が得られる。

すなわち、過渡期間における変位は、交流減衰電圧ＶＡ
酸成分含んだ印加電圧に応答して大きな振幅で変化する
が、その振幅変化は短時間で減衰し、印加電圧が直流電
圧Ｖｄ成分のみとなったときに高安定領域に移行する。

なお、発明者等の実験例では、交流′ｇ衰電電圧Ａの重
畳を開始してから変位特性が高安定領域に入るまでの時
間ｔ２が、従来の交流減衰電圧ＶＡを重畳しない場合に
は数十秒しても安定しないのに比べ、１８秒程度に短縮
された。

また、上記の実施例では、交流減衰電圧ＶＡとして、Ｖ
Ａ＝ΔＶ　Ａ　ｅ−Ｃｔｓｉｎ２　πｆ　ｔ　テ示され
る対数減衰の交流減衰電圧を用いているが、もちろんこ
れに限定するものではなく、例えば第４図に示すような
等差級数的に、いわゆるクーロン減衰する交流減衰電圧
ＭＡ’を用いるようにしても良い。

Ｇ、発明の効果 この発明は、以上のように構成したので、複雑なフィー
ドバック制御を行うことなく、圧電素子の印加直流電圧
を変化させる際の変位特性の変動を簡単に、かつ短時間
に高安定領域に導くことができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例である圧電素子の変位特
性安定化方法を実施するための装置の構成を示すブロッ
ク図、第２図はこの発明に用いる交流減衰電圧の一例を
示す波形図、第３図は上記交流減衰電圧を直流印加電圧
に重畳させたときの変位特性を示す波形図、第４図は上
記交Ｉｉ、減衰電圧の他の実施例を示す波形図、第５図
は圧電素子の電圧−変位特性を示すヒステリシス特性曲
線図、第６図は圧電素子に直流電圧のみを印加した場合
の従来の変位特性を示す波形図である。 １：圧電素子　　　　　２：直流電圧源３：″１１！圧
変化検出器　　４：交流減衰電圧源５：加算器 特　許　出　願　人　　株式会社島津製作所第３図 ８ＩＩＪ−−″ 第４図 第５図 ｆＰｊ）Ｄ　を万一

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流印加電圧に対する変位が所定のヒステリシス
   を有する圧電素子の変位を変更するにあたり、直流印加
   電圧を変化させる際に所定期間で減衰する交流減衰電圧
   を直流電圧に重畳させて前記圧電素子に加えることを特
   徴とする圧電素子の変位特性安定化方法。
2. （２）直流電圧源からの直流印加電圧の変化に応答して
   変位する圧電素子の変位特性安定化装置において、前記
   直流印加電圧を変化させる際に所定期間で減衰する交流
   減衰電圧を発生させる交流減衰電圧源と、前記直流電圧
   源および交流減衰電圧源からの直流電圧および交流減衰
   電圧を重ね合せて前記圧電素子に加える加算器とを備え
   たことを特徴とする圧電素子の変位特性安定化装置。